7.2.6. К моменту образования Солнца и Земли, произошедшему 4,57 млрд лет назад, область газопылевого диска Галактики, в котором они сформировались, на 98% по массе состояла из первичного газа (водорода - 75% по массе или 92% по числу атомов и гелий - почти все остальное). За время порядка 18 млрд лет, прошедшее после формирования первичного газа из эстосферы в нашем районе Метагалактики, в нем произошли выбросы в межзвездное пространство водорода и легких (до железа) элементов из нескольких тысяч массивных Новых звезд, а также выброс водорода с большим (около 50%) содержанием тяжелых элементов (от железа до трансурановых) от взрывов примерно сотни еще более массивных Сверхновых звезд. Поэтому протосолнечное облако в газопылевом диске Галактики содержало около 2% пыли от сконденсировавшихся паров элементов тяжелее гелия, выброшенных в планетарных туманностях Новых и взрывами Сверхновых. Наше Солнце относится к пятому поколению или, точнее, к пятому периоду звездообразования, в нашем районе Галактики, которое произошло при пятом прохождении через нашу область Галактики четырех спиральных рукавов нашей Галактики, образующихся при проходе по ней инициирующих звездо-образование ударных волн от взрывов-выбросов, периодически происходивших в ядре Галактики.

   7.2.7. Протосолнечное облако вращалось, получив часть момента количества движения из вращения Галактики. При гравитационном стягивании, сжатии, нагреве и потере тепла излучением оно ускоряло вращение с превращением, как и Галактика, в диск. Пылевые частицы при этом двигались вокруг центра тяжести протопланетного диска по почти кеплеровским орбитам, а газ, в отличие от пыли обладающий вязкостью, стремился вращаться как полутвердый диск. И, теряя энергию скорости вращения в конечном счете через излучение, газ двигался по спирали несколько медленнее пылинок. Пылинки тормозились газом и от этого тоже двигались по спирали, постепенно приближаясь к центру, к еще не загоревшемуся Солнцу. Потеря скорости у крупных пылинок была меньше, чем у мелких, поэтому они догоняли мелкие и слипались с ними, образуя комки. Теория такого роста частиц конденсированной фазы хорошо разработана для двухфазных потоков в соплах ракетных двигателей на твердом топливе, в которых происходит слияние жидких и твердых частиц окислов металлов. И хотя в соплах это происходит за миллисекунды, а в протопланетном диске процессы слияния требовали миллионов лет, процессы в обоих случаях одинаковы и подобны.

   7.2.8. Медленность слияния пылинок связана с редкостью столкновения пылинок. Средний путь их пробега в протогалактике между столкновениями при начальной "размазанной" плотности 10^-24 г/см³ Галактики даже в ее современном объеме был равен 0,32 св. года при радиусах пылинок 1 мкм, а при радиусах, возросших до 10 мкм, - 7,1 св. года. И при относительной скорости 1 м/с столкновения происходили бы через 93 млн лет для частиц с радиусом 1 мкм и через 2 млрд лет для пылинок радиусом 10 мкм. Поэтому слияния пылинок начались только при сжатии протогалактики до современных размеров, после ее распада на протозвездные облака и при дальнейшем их сжатии примерно в 1600 раз (по диаметру).

   7.2.9. Кроме того, пары встречавшихся частиц слипались не при каждой встрече. Если их размеры и поэтому скорость относительно газа и относительно друг от друга сильно отличаются, то частицы при соударениях отскакивают, не соединяясь. Если даже размеры и скорости близки, то встречи не всегда центральнолобовые, а чаще происходят при смещении векторов скорости движения, и от этого встретившиеся частицы раскидываются центробежными силами от возникшего при таком столкновении вращения. Если комок из еще плохо слипшихся частиц ударяет мелкая частица с относительно большой скоростью, то комок разваливается от совместного действия удара и центробежных сил, созданных касательным соударением. Поэтому рост частиц происходил медленно и в основном за счет случаев медленного "причаливания" друг к другу частиц, близких по массе, размеру и скорости. Частицы же, сильно обгонявшие другие в скорости роста, разрушались и нивелировались с отставшими в росте и могли расти, только дождавшись слияния и "выхода из игры" более мелких и быстрых частиц, соединяясь после этого с частицами почти одинакового размера.

   7.2.10. В первоначально рыхлых комках частицы постепенно скреплялись за счет диффузии атомов и перекристаллизации в точечных сначала местах контакта. Так как температура была низкой, это слияние требовало тысяч лет. Но тем не менее комки постепенно росли, объединяясь и вычерпывая из окружающей среды более мелкие комочки. Когда их размер стал больше и одновременно выросла плотность газа, тоже стягивающегося в протопланетный диск из первоначально сферического протосолнечного облака, стали действовать сближающие комки аэродинамические силы Бернулли и Магнуса, что ускорило их рост. Еще сильнее рост ускорился, когда гравитация стала удерживать у поверхности комков газы, создававшие зачаточную атмосферу. Она гасила разности скоростей и сокращала долю разрушавшихся при сближениях комков. В результате в протопланетном диске лавинообразно образовались слипшиеся из пыли комки размером до сотни километров, окруженные пока небольшими атмосферами, названные планетезималями.

   7.2.11. Больше всего планетезималей оказалось в районе Земли, куда пыль собралась, двигаясь по спиральным орбитам к Солнцу. Когда они в процессе каскадного объединения, гравитационно возмущая орбиты друг друга, стали соединяться в Землю и Луну, тогда гравитация, превысив некоторый критический уровень, начала быстро вычерпывать газ из окрестностей орбиты, куда вместо него приходил газ из более отдаленных районов протопланетного диска, увлекая с собой комки и планетезимали. В результате образовалась Земля с атмосферой, масса которой в соответствии с пропорцией газа и пыли в протосолнечном диске была в 50-80 раз больше массы ядра из более тяжелых, чем гелий, элементов.

   7.2.12. В отечественной космогонии до сих пор развивается принятая еще в сороковых годах на волне "борьбы с космополитизмом и иностранщиной" концепция О.Ю. Шмидта о холодном формировании Земли из планетезималей, которые объединились якобы только тогда, когда Солнце уже загорелось и разогнало из окрестностей планет земной группы весь газ протопланетного облака. Основным доводом в пользу этого варианта было относительно малое содержание в атмосфере Земли инертных газов (гелия, неона, аргона, криптона, ксенона). По Б. Мейсону, отношение массы различных инертных газов к массе кремния у Земли от 10⁶ до 10¹⁴ раз меньше, чем на Солнце. Поэтому посчитали, что при формировании Земли атмосфера не образовалась и лишь потом постепенно она набралась из газов, выделявшихся из вулканов. Однако этот довод отпал, когда Ю.А. Шукалюков показал, что дефицит инертных газов имеет другую причину и не связан с "выметанием" из протопланетного облака солнечным ветром всех газов еще до образования планет земной группы из планетезималей. Отказ от модели холодного формирования Земли, по которому она никогда не была расплавлена (а это не так, так как, по результатам лунных экспедиций, даже Луна, как показало исследование минералов, доставленных с нее, была расплавлена первые полмиллиарда лет, а по сейсмоданным, и сейчас имеет расплавленными ядро и нижнюю часть мантии), позволяет по-новому получить решения ряда проблем планетологии, истории Земли, геологии, геофизики и, главное, происхождения жизни. Представления о горячем формировании Земли развивались в XIX веке, но были потом оставлены. Здесь, по-моему, мы видим очередное заблуждение в науке, аналогичное тому как даже совершенно очевидная гипотеза Вегенера и его предшественников о движении континентов не признавалась с 1912 до 1968 г. (а сейчас стала бесспорной).

   7.2.13. Об ошибочности концепции Шмидта свидетельствует непрерывное выделение из недр Земли водорода, гелия, азота, аргона и других газов, интенсивность которого столь велика, что масса вышедшего за последние 4 млрд лет самого легкого газа - водорода - даже при современном темпе дегазации без учета того, что этот темп все время уменьшался, сопоставима с массой Земли (см. п. 7.2.14). Это возможно только в том случае, если водород и гелий были в огромном количестве загнаны в ядро первичной Земли и растворены в нем под давлением колоссальной атмосферы. На это же указывает и то, что атмосфера Земли не увеличивается со временем, как должно быть по концепции Шмидта и его современных последователей В.П. Трубицина и А.В. Витязева, а уменьшается. Это следует из того, что 4 млрд лет назад излучение Солнца было на 1/3 слабее, чем сейчас. И если бы атмосфера тогда была гораздо меньше современной (по п. 7.2.12), то вся Земля миллиарды лет, а может быть, и до сих пор была бы покрыта снегом и льдом. Ведь компенсация меньшего потока радиации Солнца тогда могла быть только за счет того, что атмосфера была толще и больший адиабатический нагрев в тропосфере приземного слоя воздуха компенсировал меньшее поступление тепла на Землю от Солнца. А как известно по геологическим и палеонтологическим данным, температура у поверхности Земли раньше всегда была больше, чем сейчас.

   7.2.14. Когда Солнце "загорелось", его корпускулярное излучение (солнечный ветер) стало сгонять с планет земной группы их атмосферы. Сейчас солнечный ветер - это в основном поток протонов и электронов со средней скоростью 400-500 км/с и концентрацией у Земли около пяти частиц в 1 см³, который несет более 200 млн протонов и столько же электронов в секунду через 1 см² поверхности, перпендикулярной направлению на Солнце. Каждый протон солнечного ветра, имеющего у Земли протонную температуру 200 000 К, способен вынести из атмосферы Земли имеющимся у него количеством движения около 50 атомов водорода, если они неподвижны, и на много порядков больше, если учесть, что электронная температура атмосферы в экзосфере (внешнем слое атмосферы Земли, из которого происходит ускользание водорода) порядка миллиона градусов, а по скорости протонов ее температура около 2300 К. По существу, Земля находится в экзосфере Солнца, простирающейся даже сейчас почти до Нептуна. Во время же "разгорания" Солнца она была гораздо больше и доходила до кометного пояса, и, отбросив туда газ. Солнце тогда, по существу, сформировало кометы. Судя по тому, что масса Венеры и Меркурия меньше, чем у Земли, Солнце "загорелось" тогда, когда формирование Земли уже почти закончилось, а Венеры и Меркурия еще не завершилось полностью. Оно в это время разогнало еще не собранные этими планетами газ и пыль очень сильным солнечным ветром, не дав им полностью собраться в эти планеты. Ведь толщина и объем протопланетного диска ("балджа") в их районах были гораздо больше, чем у Земли, и, если бы не загорание Солнца, они выросли бы больше Земли. Сейчас солнечный ветер уносит за год из атмосферы Земли 20,5 млрд т водорода и 30,5 млн т гелия, которые создают газовый хвост Земли. При такой утере водорода запас его, находящийся в 1370 млн км³ воды океанов, если бы не было дегазации ядра Земли, был бы утрачен всего за 7,4 млн лет (так что современное существование воды и жизни на Земле обязано дегазации ядра). И при таком постоянном расходе за 4 млрд лет Земля потеряла бы из атмосферы массу, равную 1/7 современной массы Земли, что в 12 млн раз больше современной атмосферы. Чтобы утерять за первые полмиллиарда лет атмосферу, масса которой сначала была примерно в 65 раз больше современной массы Земли, средняя скорость его выметания должна была быть в 4000 раз больше современной. Возможно ли это? Возможно, так как Солнце в начале своего развития несколько миллионов лет было звездой типа Т-Тельца, в которой интенсивно выгорали в термоядерных реакциях тритий и дейтерий, гелий-три, литий и бериллий. Мощность же корпускулярного выброса таких звезд обычно составляет до 10^-7 солнечной массы в год (сейчас Солнце ежегодно теряет в 7 млн раз меньше). Этот солнечный ураган унес всю атмосферу вплоть до тяжелых газов с Меркурия, так как его масса в 18,5 раза меньше земной, вторая космическая скорость всего 4,3 км/с, а расстояние от Солнца в 2,6 раза меньше, чем до Земли. Он унес весь водород с Венеры (ее масса равна 81% Земли), но, прекратившись, оставил тяжелый углекислый газ. Поэтому давление атмосферы на Венере сейчас в 100 раз больше, чем у Земли, и поэтому по массе атмосфера Венеры на 97% состоит сейчас из углекислоты. Наличие такой мощной углекислотной атмосферы у Венеры - это еще один довод за то, что она, как и другие планеты, сформировалась до разгорания Солнца. Ведь весь углерод при формировании планет должен был быть в виде углекислого газа в атмосфере. И если бы во время разгорания Солнца углекислота на Земле и Венере не была бы защищена огромным слоем водорода и гелия, то ее не осталось бы и у Венеры, и у Земли. Попытка же объяснить наличие атмосферы из углекислоты у Венеры выделением ее заново из вулканов по аналогии с ее современным выделением из земных вулканов несостоятельна. Земные вулканы выделяют ее только за счет того, что в зонах субдукции под вулканами перерабатываются с выделением через них углекислого газа углеродсодержащие осадочные породы, созданные жизнью (см. п. 7.2.45). Их на Венере нет, так как нет океанов и жизни. Отгоняя газ и пыль на периферию протопланетного диска, солнечный ураган уплотнял их на краю созданной им и постепенно растущей каверны. Этот кокон экранировал некоторое время дальние планеты от воздействия солнечного ветра, что несколько увеличило время их формирования, а также усиливало осаждение газа на планеты-гиганты (Юпитер и далее) и создало большое количество спутников и кольца у них. Когда же кокон вырос до максимального размера, из него сформировались кометы, облака Оорта-Койпера.

   7.2.15. В период максимального развития атмосфера Земли была такой же огромной, как сейчас у Юпитера, так как кроме своей первичной атмосферы она получила (а потом быстро утратила) часть газа из ближнего к Солнцу района балджа, а затем и из атмосфер Меркурия и Венеры. Тогда масса в основном водородной атмосферы Земли была более чем в 50 раз больше современной массы Земли, тогда как сейчас масса атмосферы составляет 85 миллионных массы Земли и доля водорода на Земле сейчас в 8 млн раз меньше, чем в среднем в космосе.

   7.2.16. Температура в глубине этой огромной атмосферы определялась не второстепенным нагревом от быстро завершившейся гравитационной сепарации слагающих материалов и не третьестепенным тепловыделением от распада радиоактивных элементов, как это считается в гипотезе холодного происхождения Земли, а адиабатическим распределением температуры при конвективном движении атмосферы (создаваемым дегазацией ядра при сокращении атмосферы и от того же радиоактивного распада и других причин) при граничных условиях, заданных температурой в стратосфере, определяемой радиационным равновесием с излучением Солнца. Поэтому давление и температура в том месте, где потом появилась твердая планета, были порядка миллиона атмосфер и градусов. Эта область была в состоянии плазмы с преобладанием содержания водорода и гелия. При последующем уносе атмосферы солнечным ветром и снижении от этого в ней давления примеси водорода, гелия и других газов они постепенно уходили из того, что было тогда ядром. В нем не было ни минералов, ни окислов, так как при такой огромной температуре молекулы любых соединений распадаются. Растворенные газы при падении давления от уноса атмосферы оказывались в концентрации выше равновесной и выходили из ядра в конвективных ячейках Бенара, подобных тем гранулам, которые наблюдаются на Солнце.

   7.2.17. Уносимые из атмосферы Земли газы сначала попадали частично в атмосферу Марса, но надолго удержаться в ней не могли и уносились дальше, частично оседая на Юпитере, Сатурне и более дальних планетах. Газовые гиганты не теряли свои атмосферы потому, что температура их экзосферы из-за удаленности от Солнца была недостаточна для достижения ее протонами (даже после удара протонов солнечного ветра) второй космической скорости, равной сейчас у Юпитера 61 км/с, у Сатурна - 37 км/с, у Урана - 22 км/с и у Нептуна - 25 км/с при температуре в подсолнечной точке верхнего облачного слоя -143 °С у Юпитера и -210 °С у Нептуна (у Земли 11,3 км/с и -55 °С соответственно).

   7.2.18. Зарождение жизни на Земле произошло тогда, когда из ее атмосферы еще не был унесен весь водород и содержание его и его соединений сильно преобладало над содержанием остальных компонентов, главными из которых были вода и углекислый газ. Тогда весь углерод Земли находился в виде углекислого газа и его соединений и количество углерода в атмосфере Земли было больше, чем сейчас в атмосфере Венеры, так как часть его с Венеры все же была сдута. В период зарождения жизни температура у поверхности ядра, ставшего уже не плазменным, а жидким, была порядка нескольких тысяч градусов, и при адиабатическом распределении температуры в большей части толщи атмосферы ее уровень между подошвой облаков и поверхностью планеты был выше критической температуры кипения воды. Огромный избыток водорода, который еще до того был "загнан" (растворен) в расплавленное ядро, в основном состоящем тогда из сплава железа со всеми остальными металлами, создавал в нем восстановительную среду. Почти весь кислород Земли (а его по массе 29,3% от массы Земли сейчас) был тогда в атмосфере в виде паров воды и некоторых других летучих окислов с температурой кипения ниже той, которая была тогда в основании атмосферы. Хотя Земле досталось от взрывов Новых звезд довольно много кислорода (больше, чем кислорода, только железа, которого на Земле 36,9%), его не могло хватить сначала на окисление всего водорода и всех металлов. Поэтому окислы металлов возникали постепенно по мере утери водорода из атмосферы при взаимодействии металлов с парами воды, когда температура поверхности ядра стала ниже 4000 К. Конвективное движение расплава в мантии, вызванное дегазацией ядра, уносило окислы в нисходящих потоках в глубину, где при перемешивании кислород оказывался у наиболее химически активных при той температуре элементов.

   7.2.19. В конвективных ячейках Бенара движение расплава происходило оттого, что водород, его соединения и гелий содержались в избыточном для полного растворения количестве в расплаве. При подъеме в восходящей ветви они выделялись в виде пузырьков, и расплав "вскипал". От этого плотность расплава падала (относительно соседних таких же по уровню нисходящих ветвей), и он всплывал, поднимая за собой нижние, еще не дегазированные объемы расплава. В общем, все как в Посейдоне (см. п. 6.4.18-19) или при подъеме лавы в современных вулканах (см. п. 6.4.19). При выходе на поверхность пленки пузырьков лопались, а освобожденный от избытка газов и к тому же охладившийся расплав тонул на периферии (или в центре) конвективной ячейки. На некоторой глубине он сворачивал к центру (или периферии) ячейки и, проходя над перенасыщенными газом слоями ядра, насыщался ими за счет диффузии, а также частично захватывая ("слизывая") поверхностный слой ядра. После этого расплав опять поднимался. Такое движение в конвективных ячейках постепенно утолщавшейся мантии происходит, постепенно замедляясь, до сих пор, создавая рифты, земную кору, континенты, движение плит континентов, горы и вулканизм.

   7.2.20. Разрыв пленок пузырьков на поверхности расплава давал капельки диаметром менее микрометра (типа вулканической пыли). Они уносились от поверхности оттоком выделяющихся из пузырьков газа и ветрами, которые были при бывшей тогда огромной плотности атмосферы очень сильными и с большой несущей способностью. Переносимые ветровыми вихрями и восходящими потоками в более высокие и менее горячие слои атмосферы капли расплава окислялись там парами воды в соответствии с химическим равновесием.

   7.2.21. Верхние слои атмосферы, как и стратосфера сейчас, имели низкую температуру, и в них могла бы конденсироваться вода, если бы атмосфера не состояла сначала в основном из водорода. И тогда, как и сейчас, было гравитационное расслоение в атмосфере по плотности газа на уровнях, где не происходило конвективного перемешивания, т.е. выше тропосферы. Пока водорода было много, атмосфера не могла удерживать водяные капли облаков вследствие малой плотности и небольшой вязкости водорода. Поэтому водяные облака появились только тогда, когда содержание водорода в атмосфере из-за его ухода в космос существенно сократилось.

   7.2.22. Вот тогда-то в водяных облаках начались процессы и реакции, приведшие к образованию жизни. По моей гипотезе, жизнь возникла самозарождением в водяных облаках и более миллиарда лет находилась только в них. Тогда атмосфера содержала в основном водород и гелий, пары воды, окись и двуокись углерода, метан и другие углеводороды, азот, аммиак, летучие соединения серы и множество производных и соединений этих газов, причем по мере уноса водорода и гелия и перехода кислорода в минералы соотношения между всеми слагающими атмосферы постепенно изменялись.

   7.2.23. При большой концентрации паров воды (а тогда сначала почти весь кислород был в соединении с водородом) в атмосфере образовались очень густые водяные облака, сплошь покрывавшие всю Землю и простиравшиеся от изотермы критической температуры кипения воды (374 °С) у их подошвы до -55 °С у вершин. Приближенно оценить их толщину можно, использовав значение современного влажно-адиабатического градиента для облачного слоя 0,33 градуса на 100 м высоты. В этом случае толщина облаков была равна 142 км, а объем более 8Ч10¹⁰ км³ (8% объема Земли).